Обнаружен новый ген, определяющий пол у зелёных водорослей
Международная группа исследователей под руководством доктора Джеймса Юмена из Центра наук о растениях имени Дональда Дэнфорта совершила прорывное открытие в биологии развития. В исследовании вольвоксовых зелёных водорослей учёные идентифицировали новый ген VSR1, который играет ключевую роль в активации генов, специфичных для развития женских и мужских репродуктивных клеток.
Это позволило создать полную модель определения пола у зелёных водорослей, что открывает возможности для улучшения признаков у родственных видов с помощью целенаправленной селекции. Работа имеет важное значение для биотехнологий, производства биотоплива и сельского хозяйства. Исследование "A conserved RWP-RK transcription factor VSR1 controls gametic differentiation in volvocine algae" опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Разгадка механизма пола
Вольвоксовые водоросли, такие как одноклеточная Chlamydomonas и многоклеточный Volvox, могут размножаться бесполым путём. Однако в определённых условиях они вступают в половое развитие, дифференцируясь на плюс- и минус-гаметы (у Chlamydomonas) или яйцеклетки и сперматозоиды (у Volvox).
Ранее был известен лишь частичный механизм этого процесса. Ген MID, связанный с полом, подобно гену SRY на Y-хромосоме у млекопитающих, определяет развитие сперматозоидов (Volvox) или минус-гамет (Chlamydomonas). Оставалось загадкой, как происходит развитие "по умолчанию" — плюс- или женских гамет — в отсутствие MID.
Открытие гена-регулятора VSR1
С помощью метода фило-транскриптомики (сравнение эволюционных связей и экспрессии генов) команда обнаружила новый ген Volvocine Sex Regulator 1 (VSR1). Он активирует развитие плюс-гамет у Chlamydomonas или оогенез (образование яйцеклеток) у Volvox.
Однако, как отметил доктор Юмен, "этот ген не только для женского пола. При наличии MID он взаимодействует с VSR1 и меняет его активность, переключая с активатора женских генов на активатор мужских генов".
Открытие роли VSR1 и его взаимодействия с MID позволило впервые создать полную модель определения пола у этих водорослей.
Значение открытия и перспективы
Исследование стало результатом пятилетнего сотрудничества лаборатории доктора Юмена с коллегами из Университета Киото и Университета Тюо в Японии. Соавтор работы доктор Такаши Хамаджи долгое время был убеждён, что с MID взаимодействует какой-то ген, но не знал, какой именно. Международное сотрудничество групп с взаимодополняющим опытом было ключевым для открытия VSR1.
Новые данные могут быть применимы и к другим группам зелёных водорослей, где отсутствие информации о половых циклах препятствует селекционному улучшению штаммов. Примечательно, что у всех других изученных групп зелёных водорослей и растений, имеющих общего предка с водорослями, в половой дифференцировке задействованы гены того же семейства, что VSR1 и MID.
"Наши результаты помогают связать воедино emerging story, согласно которой гены, подобные VSR1 и MID, могли участвовать в половой дифференцировке у самого основания линии, давшей начало растениям и водорослям. Поиск похожих пар генов у других видов может помочь раскрыть их механизмы определения пола", — говорит доктор Юмен.
В дальнейшем команда планирует изучить взаимодействие между VSR1 и MID и то, как присутствие MID меняет функцию VSR1. "Эта статья представляет очень плодотворное открытие, и я не могу дождаться продолжения изучения этой системы", — говорит доктор Хамаджи.